CN109642760B - 用于降膜式蒸发器的制冷剂分配器 - Google Patents

用于降膜式蒸发器的制冷剂分配器 Download PDF

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Abstract

一种降膜式蒸发器(12)，包括：蒸发器容器(26)；多个蒸发器管(38)，所述多个蒸发器管(38)设置在所述蒸发器容器(26)中，一定体积的热能传递介质流过所述多个蒸发器管(38)；以及吸入口(42)，所述吸入口(42)延伸穿过所述蒸发器容器(26)以将蒸气制冷剂从所述蒸发器容器(26)去除。制冷剂分配系统(34)位于所述蒸发器容器(26)中以将液体制冷剂流分配在所述多个蒸发器管(38)上。所述制冷剂分配系统(34)被配置成使得所述制冷剂分配系统(34)在所述吸入口(42)处具有第一高度，并且除了在所述吸入口(42)处之外，在某一纵向位置(28)处具有大于所述第一高度的第二高度。

Description

用于降膜式蒸发器的制冷剂分配器
背景技术
本文所公开的主题涉及暖通空调(HVAC)系统。更具体地说，本文所公开的主题涉及用于HVAC系统的降膜式蒸发器。
诸如致冷器的HVAC系统使用蒸发器来促进蒸发器中的制冷剂与定位在蒸发器中的许多蒸发器管中流动的介质之间的热能交换。在满液式蒸发器中，管浸没在制冷剂池中。这导致实现高效系统操作需要特别高的体积的制冷剂，这取决于蒸发器管的数量和大小。在致冷器系统中使用的另一种类型的蒸发器是降膜式蒸发器。在降膜式蒸发器中，蒸发器管通常定位在从中推出制冷剂的分配歧管下方，从而在蒸发器管上形成“降膜”，由此利用重力来将制冷剂流驱动到蒸发器管上。蒸发主要通过蒸发器管的表面上的薄膜蒸发来完成，而一小部分制冷剂在蒸发器的池沸腾部分中被蒸发掉。
由于监管和行业趋势继续倾向于替换类似于R134a的常规HFC，因此特别感兴趣的是“低压制冷剂”，即在致冷器中在典型的沸腾温度下接近或低于大气压力的制冷剂的类别。这些制冷剂可以通过提高的循环效率、降低的全球暖化潜势和较慢的制冷剂泄漏率来提供环境效益。然而，在实际系统中，所述制冷剂的较低的气相密度可能会导致制冷剂压降，这会抵消任何性能增益。
低压制冷剂为高效制冷系统提供了可能性，但是对压力变化非常敏感，这意味着压力损失会大大增加能源消费。为此，必须通过扩大HX容器和制冷剂管线来最小化速度和流动阻力。然而，扩大的容器和管线尺寸增加了这些致冷器系统的成本和物理占用面积，因此可以优化容器尺寸和压降的解决方案是至关重要的。
发明内容
在一个实施方案中，一种降膜式蒸发器包括：蒸发器容器；多个蒸发器管，所述多个蒸发器管设置在蒸发器容器中，一定体积的热能传递介质流过所述多个蒸发器管；以及吸入口，所述吸入口延伸穿过蒸发器容器以将蒸气制冷剂从蒸发器容器去除。制冷剂分配系统位于蒸发器容器中以将液体制冷剂流分配在多个蒸发器管上。制冷剂分配系统被配置成使得制冷剂分配系统在吸入口处具有第一高度，并且除了在所述吸入口处之外，在某一纵向位置处具有大于第一高度的第二高度。
另外地或可替代地，在这个或其他实施方案中，第一高度是制冷剂分配系统的最小高度。
另外地或可替代地，在这个或其他实施方案中，第一高度以线性斜坡过渡到第二高度。
另外地或可替代地，在这个或其他实施方案中，第一高度经由垂直阶梯过渡到第二高度。
另外地或可替代地，在这个或其他实施方案中，吸入口位于蒸发器容器的第一纵端处。
另外地或可替代地，在这个或其他实施方案中，第二高度位于蒸发器容器的与第一纵端相对的第二纵端处。
另外地或可替代地，在这个或其他实施方案中，吸入口位于蒸发器容器的第一纵端与蒸发器容器的第二纵端之间，并且第一高度是最小气-液分离器高度。
另外地或可替代地，在这个或其他实施方案中，第二高度是在第一纵端或第二纵端中的一者或多者处，并且是制冷剂分配系统的最大高度。
另外地或可替代地，在这个或其他实施方案中，制冷剂分配系统包括：分配器，所述分配器在蒸发器容器中位于多个蒸发器管上方，以将液体制冷剂流分配在多个蒸发器管上；以及气-液分离器，所述气-液分离器位于蒸发器容器中以将蒸气制冷剂从蒸气和液体制冷剂混合物分离。气-液分离器被配置成使得气-液分离器在吸入口处具有第一高度，并且除了在所述吸入口处之外，在某一纵向位置处具有大于第一高度的第二高度。
在另一个实施方案中，一种暖通空调(HVAC)系统包括：冷凝器，制冷剂流流过所述冷凝器；以及降膜式蒸发器，所述降膜式蒸发器与冷凝器流体连通。降膜式蒸发器包括蒸发器容器和多个蒸发器管，所述多个蒸发器管位于蒸发器容器中，一定体积的热能传递介质流过所述多个蒸发器管。分配器在蒸发器容器中位于多个蒸发器管上方，以将液体制冷剂流分配在多个蒸发器管上。吸入口延伸穿过蒸发器容器以将蒸气制冷剂从蒸发器容器去除，并且气-液分离器位于蒸发器容器中以将蒸气制冷剂从蒸气和液体制冷剂混合物分离。气-液分离器被配置成使得气-液分离器在吸入口处具有第一高度，并且除了在所述吸入口处之外，在某一纵向位置处具有大于第一高度的第二高度。
另外地或可替代地，在这个或其他实施方案中，第一高度是气-液分离器的最小高度。
另外地或可替代地，在这个或其他实施方案中，第一高度以线性斜坡或垂直阶梯中的一者过渡到第二高度。
另外地或可替代地，在这个或其他实施方案中，吸入口位于蒸发器容器的第一纵端与蒸发器容器的第二纵端之间，并且第一高度是最小气-液分离器高度。
另外地或可替代地，在这个或其他实施方案中，第二高度是在第一纵端或第二纵端中的一者或多者处。
另外地或可替代地，在这个或其他实施方案中，第二高度是气-液分离器的最大高度。
附图说明
在说明书结尾处具体指出并明确要求保护主题。本公开的前述和其他特征以及优点根据以下结合附图进行的具体实施方式将是显而易见的，在附图中：
图1是暖通空调系统的实施方案的示意图；
图2是用于HVAC系统的降膜式蒸发器的实施方案的示意图；
图3是用于HVAC系统的降膜式蒸发器的实施方案的示意图；并且
图4是用于HVAC系统的降膜式蒸发器的实施方案的示意图。
具体实施方式
图1示出了利用降膜式蒸发器12的暖通空调(HVAC)单元(例如，致冷器) 10的实施方案的示意图。蒸气制冷剂流14被引导到压缩机16中、然后到达冷凝器18，所述冷凝器18向膨胀阀22输出液体制冷剂流20。膨胀阀22朝向蒸发器12输出蒸气和液体制冷剂混合物24。蒸发器12包括位于其中的多个蒸发器管38，传热流体44通过所述多个蒸发器管38循环。传热流体44经由与蒸发器12处的制冷剂流的热能传递来冷却。
现参考图2，如上所述，蒸发器12是降膜式蒸发器。蒸发器12包括蒸发器容器26，蒸发器12的制冷剂分配系统位于所述蒸发器容器26中。在一些实施方案中，分配系统包括分配器34和/或气液分离器30以及其他部件。入口端口28延伸穿过蒸发器容器26，以允许蒸气和液体制冷剂混合物24进入蒸发器12。蒸气和液体制冷剂混合物24从入口端口28引导到气-液分离器30中，其中液体制冷剂32从蒸气和液体制冷剂混合物24分离。液体制冷剂32从气-液分离器30流动到分配器34中，而蒸气制冷剂14通过蒸气排出口40离开气-液分离器30并且流向延伸穿过蒸发器容器26的吸入口42，所述吸入口42将蒸气制冷剂14引向压缩机16。虽然在图2的实施方案中，气-液分离器30位于蒸发器容器26内部，但是应了解，在其他实施方案中，气-液分离器30可以位于蒸发器容器26的外部。
分配器34位于蒸发器管38上方，以经由一个或多个分配器端口(未示出)将液体制冷剂32分配在蒸发器管38上。在通过蒸发器管38流入和流出蒸发器12的传热介质44 (示出于图1)流与液体制冷剂32之间发生热能交换。随着液体制冷剂32在蒸发器12中蒸发掉，所得的蒸气制冷剂14经由吸入口42引导到压缩机16。尽管所示的蒸发器12的截面是矩形的，但是本领域技术人员将了解，蒸发器12可以是各种形状，包括球形、圆柱形、直线形或诸如这些形状的任何组合。
蒸发器12中的最高蒸气速度出现在吸入口42附近，其中蒸气制冷剂14离开蒸发器容器26。这个区域中的相对较高的速度使所述蒸发器特别容易产生压力和效率损失。这在降膜式蒸发器中尤其具有挑战性，其中制冷剂分配系统占据了热交换器顶部附近且相对靠近吸入口42的空间。
为了优化蒸发器12的效率、成本和物理空间，制冷剂分配系统(在一些实施方案中为气-液分离器30)的高度沿着蒸发器容器26的长度变化。在吸入口42附近，气-液分离器高度46减小，从而在气-液分离器30与吸入口42之间提供增加的空间来用于蒸气制冷剂流。相反，气-液分离器高度46在远离吸入口42区域的位置处增加，其中蒸气制冷剂流速较低并且效率影响是无足轻重的。在远离吸入口42的区域中的气-液分离器30的较大截面相较于较小蒸发器12可能的情况改进了气-液分离和制冷剂分配功能。所述配置的净效果是蒸发器12在给定效率和冷却量下可以具有更紧凑的直径和更低的成本。虽然在图2的实施方案中，气-液分离器30的高度是变化的，但是应了解，在其他布置中，诸如当气-液分离器30位于蒸发器壳体26的外部时，其他制冷剂分配系统部件的高度可以变化来获得相同的结果，即在制冷剂分配系统与吸入口42之间存在用于蒸气制冷剂流的增加的空间。
在诸如图2所示的一些实施方案中，吸入口42位于蒸发器12的第一纵端48处。因此，气-液分离器高度46在第一纵端48处或在吸入口42处最小。在一些实施方案中，气-液分离器高度46在与第一纵端48相对的第二纵端50处最大。在图2的实施方案中，气-液分离器高度46是阶梯状的，其中第一分离器高度46a是在第一纵端48处，第二分离器高度46b大于第一分离器高度46a，并且大于第二分离器高度46b的第三分离器高度46c是在第二纵端50处。虽然在图2的实施方案中示出了三个分离器高度46a-46c，但是本领域技术人员将容易了解，在其他实施方案中可以利用其他数量的分离器高度。
在诸如图3所示的另一个实施方案中，气-液分离器高度46从第一纵端48处的第一分离器高度46a倾斜到第二纵端50处的大于第一分离器高度46a的第二分离器高度46b。在图3的实施方案中，气-液分离器高度46的斜坡是线性的和恒定的。然而，在其他实施方案中，气-液分离器高度46的斜坡可以在第一纵端48与第二纵端50之间变化。另外，在一些实施方案中，气-液分离器高度46的变化可以是非线性的，诸如曲线的。
现参考图4，在一些实施方案中，吸入口42不位于第一纵端48或第二纵端50中的任一者处，而是位于第一纵端48与第二纵端50之间。例如，在一些实施方案中，吸入口42位于第一纵端48与第二纵端50之间的中间位置。在这类实施方案中，气-液分离器高度46在吸入口42处最小，并且随着从吸入口42朝向第一纵端48和第二纵端50中的任一者或两者的距离的增加而增加。在一些实施方案中，气-液分离器高度46在第一纵端48和第二纵端50中的任一者或两者处最大。
虽然仅结合有限数目的实施方案详细描述了本公开，但是应容易理解，本公开并不限于这类公开的实施方案。相反，可以对本公开进行修改，以结合至今未描述的，但与精神和/或范围相称的任何数目的变化、更改、替代或等效布置。此外，虽然已经描述了各种实施方案，但是应理解，本公开的各方面可以包括所描述实施方案中的仅一些。因此，本公开并不被视为受限于前文描述，而是仅受限于随附权利要求的范围。

Claims (14)

1.一种降膜式蒸发器，所述降膜式蒸发器包括：
蒸发器容器；
多个蒸发器管，所述多个蒸发器管设置在所述蒸发器容器中，一定体积的热能传递介质流过所述多个蒸发器管；
吸入口，所述吸入口延伸穿过所述蒸发器容器以将蒸气制冷剂从所述蒸发器容器去除；以及
制冷剂分配系统，所述制冷剂分配系统设置在所述蒸发器容器中，并且包括分配器以将液体制冷剂流分配在所述多个蒸发器管上，以及气-液分离器，所述气-液分离器将所述蒸气制冷剂从蒸气和液体制冷剂混合物分离，并且被配置成使得所述气-液分离器在所述吸入口处具有第一高度，并且除了在所述吸入口处之外，在某一纵向位置处具有大于所述第一高度的第二高度。
2.如权利要求1所述的降膜式蒸发器，其中所述第一高度是所述气-液分离器的最小高度。
3.如权利要求1或2所述的降膜式蒸发器，其中所述第一高度以线性斜坡过渡到所述第二高度。
4.如权利要求1-3中任一项所述的降膜式蒸发器，其中所述第一高度经由垂直阶梯过渡到所述第二高度。
5.如权利要求1-4中任一项所述的降膜式蒸发器，其中所述吸入口位于所述蒸发器容器的第一纵端处。
6.如权利要求5所述的降膜式蒸发器，其中所述第二高度位于所述蒸发器容器的与所述第一纵端相对的第二纵端处。
7.如权利要求1-6中任一项所述的降膜式蒸发器，其中所述吸入口位于所述蒸发器容器的第一纵端与所述蒸发器容器的第二纵端之间，并且所述第一高度是最小气-液分离器高度。
8.如权利要求7所述的降膜式蒸发器，其中所述第二高度是在所述第一纵端或所述第二纵端中的一者或多者处，并且是所述气-液分离器的最大高度。
9.一种暖通空调系统，所述暖通空调 系统包括：
冷凝器，制冷剂流流过所述冷凝器；
降膜式蒸发器，所述降膜式蒸发器与所述冷凝器流体连通，所述降膜式蒸发器包括：
蒸发器容器；
多个蒸发器管，所述多个蒸发器管设置在所述蒸发器容器中，一定体积的热能传递介质流过所述多个蒸发器管；
分配器，所述分配器在所述蒸发器容器中设置在所述多个蒸发器管上方，以将液体制冷剂流分配在所述多个蒸发器管上；
吸入口，所述吸入口延伸穿过所述蒸发器容器以将蒸气制冷剂从所述蒸发器容器去除；以及
气-液分离器，所述气-液分离器设置在所述蒸发器容器中以将所述蒸气制冷剂从蒸气和液体制冷剂混合物分离，所述气-液分离器被配置成使得所述气-液分离器在所述吸入口处具有第一高度并且除了在所述吸入口处之外，在某一纵向位置处具有大于所述第一高度的第二高度。
10.如权利要求9所述的暖通空调 系统，其中所述第一高度是所述气-液分离器的最小高度。
11.如权利要求9或10所述的暖通空调 系统，其中所述第一高度以线性斜坡或垂直阶梯中的一者过渡到所述第二高度。
12.如权利要求9-11中任一项所述的暖通空调 系统，其中所述吸入口位于所述蒸发器容器的第一纵端与所述蒸发器容器的第二纵端之间，并且所述第一高度是最小气-液分离器高度。
13.如权利要求12所述的暖通空调 系统，其中所述第二高度是在所述第一纵端或所述第二纵端中的一者或多者处。
14.如权利要求13所述的暖通空调 系统，其中所述第二高度是所述气-液分离器的最大高度。
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